Файл: Устройство персонального компьютера (Физическое устройство персонального компьютера).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Человечество на протяжении всего своего существования неизменно развивается, прогрессируя и создавая все новые средства упрощения жизнедеятельности. Так, относительно недавно случился новый переворот – четвертая информационная революция, которая в корне изменила не только способ обработки данных, но и дальнейшее направление развития человечества. Таким образом, создание первой электронно-вычислительной машины можно смело назвать одним из самых значительных изобретений ХХ века.

Со временем развитие технологий привело к изобретению персонального компьютера, а позже – к распространению персональных компьютеров в частные дома по всему миру. Персональный компьютер выполняет множество разнообразных функций, среди которых: создание, хранение и обработка текстовых документов, изображений, работа с электронной почтой, обучение, бухгалтерский и материальный учет, создание презентаций, верстка сайтов, игры, развлечения и многое другое.

Благодаря такому широкому функционалу, несмотря на широкое распространение карманных гаджетов, персональные компьютеры продолжают быть наиболее распространенным видом электронных вычислительных машин. Несмотря на широчайшее распространение персональных компьютеров, их устройство до сих пор является загадкой для большинства пользователей. Тем не менее, от составляющих компьютера, их качества и характеристик, зависит оперативность и многие другие показатели работы самого компьютера.

Таким образом, определяется цель настоящей работы – изучение устройства персонального компьютера.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

• рассмотреть строение системного блока и входящие в него составляющие;
• охарактеризовать периферию компьютера – устройства ввода и вывода;
• проанализировать системное программное обеспечение персонального компьютера;
• изучить прикладное и инструментальное программное обеспечение персонального компьютера;
• подвести итоги исследования.

Объектом исследования выступает персональный компьютер, а предметом – устройство персонального компьютера.

Методологической основой исследования выступили научные труды таких отечественных и зарубежных исследователей проблемы, как Авдеев В., Глушаков С., Гук М., Уваров А. и др.

Структура работы содержит две главы, каждая из которых, в свою очередь, включает два параграфа. В исследование также включены такие структурные элементы, как введение, заключение и список использованных источников.

---

Глава 1. Физическое устройство персонального компьютера

1.1 Системный блок

Системный блок является основным компонентом персонального компьютера, представляя фундамент его физической архитектуры. Внешней оболочкой системного блока является корпус – он вмещает в себя внутренние составляющие персонального компьютера.

В стандартной комплектации системный блок включает следующие элементы:

• материнская плата;
• процессор;
• оперативная память;
• жёсткий диск (винчестер);
• блок питания;
• видеокарта, звуковая карта;
• дисковод;
• при необходимости – дисковод FDD (для гибких дисков)^[1].

Материнская плата, также называемая системной платой, выполняет функцию обеспечения связи между всеми элементами системного блока. К материнской плате происходит подключение жесткого диска, процессора, дисководов, видеокарты, периферии и т.д.

Для корректного подключения элементов компьютера на материнской плате расположены разъемы, также известные как слоты, некоторые из которых обладают выходом наружу, некоторые – нет. Наиболее важной деталью, подключаемой к плате, является процессор.

Центральный процессор является центральным устройством компьютера, выполняющим операции по обработке информации и управляющим периферийными устройствами компьютера. Компьютеры четвертого поколения и старше обладают микропроцессором, содержащим несколько миллионов элементов, который создан на полупроводниковом кристалле посредством применения сложной микроэлектронной технологии.

В состав центрального процессора входят:

• устройство управления;
• арифметико–логическое устройство;
• запоминающее устройство на основе регистров процессорной памяти и кэш–памяти процессора;
• генератор тактовой частоты^[2].

Устройство управления представляет собой организатор процесса выполнения программ и координатор взаимодействия всех деталей персонального компьютера во время его работы.

Авифметико-логическое устройство реализует выполнение арифметических и логических операций над информацией, в том числе сложение, умножение, сравнение, умножение и т.д.

---

Запоминающее устройство в процессоре представляет собой его внутреннюю память. В запоминающем устройстве используются специальные регистры, которые служат промежуточной быстрой памятью, которые применяются для выполнения расчетов процессором и сохранения промежуточных результатов.

Генератор тактовой частоты является генератором электрических импульсов, которые синхронизируют работу всех узлов компьютера.

Основные характеристики процессора следующие:

Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду.

Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт – это промежуток времени между началом подачи текущего импульса генератором тактовой частоты и началом подачи следующего. Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор.

Разрядность процессора – это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет разрядность 2 байта, то разрядность процессора равна 16 (2x8); если 4 байта, то 32; если 8 байтов, то 64^[3].

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных.

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера^[4].

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство. Содержимое постоянное запоминающее устройство устанавливается на заводе–изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в постоянном запоминающем устройстве записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из постоянного запоминающего устройства, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу–загрузчик операционной системы.

---

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство, видеопамять и кэш–память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. Оперативное запоминающее устройство обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Доступ к этой информации в оперативном запоминающем устройстве осуществляется очень быстро.

Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш–память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш–память является промежуточным запоминающим устройством (буфером)^[5].

Существует два вида кэш–памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа.

Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом:

1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры) – несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от сотен мегабайт до нескольких сотен гигабайт. На современных компьютерах это основной вид внешней памяти.
2. Накопители на гибких магнитных дисках (флоппи–дисководы) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт. Максимальная ёмкость 5,25 дюймовой дискеты – 1,2Мбайт; 3,5 дюймовой дискеты – 1,44Мбайт. В настоящее время 5,25 дюймовые дискеты морально устарели и не используются.
3. Оптические диски (СD–ROM) – компьютерные устройства для чтения с компакт–дисков. CD–ROM диски получили распространение вслед за аудио–компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации^[6].

---

Кратко рассмотрим принцип работы оперативной памяти. Минимальный элемент памяти – бит или разряд способен хранить минимально возможный объем информации – одну двоичную цифру. Бит очень маленькая информационная единица, поэтому биты в памяти объединяются в байты – восьмерки битов, являющиеся ячейками памяти. Все ячейки памяти пронумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Зная адрес ячейки можно совершать две основные операции:

• прочитать информацию из ячейки с определенным адресом;
• записать информацию в байт с определенным адресом.

Чтобы выполнить одну из этих операций необходимо, чтобы от процессора к памяти поступил адрес ячейки, и чтобы байт информации был передан от процессора к памяти при записи, или от памяти к процессору при чтении. Все сигналы должны передаваться по проводникам, которые объединены в шины.

По шине адреса передается адрес ячейки памяти, по шине данных – передаваемая информация. Как правило, эти процессы проходят одновременно.

Для работы оперативного запоминающего устройства используются еще 3 сигнала и соответственно 3 проводника. Первый сигнал называется запрос чтения, его получение означает указание памяти прочесть байт. Второй сигнал называется запрос записи, его получение означает указание памяти записать байт. Передача сразу обоих сигналов запрещена. Третий сигнал – сигнал готовности, используемый для того, чтобы память могла сообщить процессору, что она выполнила запрос и готова к приему следующего запроса.

Блок питания в компьютере, в том числе и в домашнем компьютере, является одним из основных компонентов из составляющих узлов персонального компьютера. От него напрямую зависит правильность и стабильность работы всего компьютера.

Блок питания это преобразователь электрической энергии поступающей из сети переменного тока в энергию, которая предназначена для питания всей аппаратной части компьютера. Основной качественный параметр блока питания – потребляемая из электрической сети пиковая мощность. На сегодняшний день она лежит в диапазоне от 350 до 1000 Вт^[7].

Видеокарта служит для расчета (рендеринга) изображения и вывода его на экран монитора. Другими словами, видеоадаптер занимается формированием всего, что вы видите на своем мониторе. Это его основные функции, но помимо этого сейчас есть тенденция использовать его большие вычислительные возможности в задачах не связанных напрямую с формированием и выводом изображения на дисплей.

---